JavaScript is required
Danh sách đề

Đề thi kết thúc học phần Đo lường và điều khiển bằng máy tính có đáp án chi tiết - Đề 1

2 câu hỏi 60 phút

Thẻ ghi nhớ
Nhấn để lật thẻ
1 / 2

Xây dựng ((vẽ sơ đồ nguyên lý) module 24 đầu vào cách ly quang ghép nối cổng LPT của máy tính

Đáp án
Đáp án đúng:

Câu hỏi yêu cầu xây dựng (vẽ sơ đồ nguyên lý) một module có 24 đầu vào cách ly quang để ghép nối với cổng LPT của máy tính. Để trả lời câu hỏi này, cần hiểu rõ về các khái niệm sau:

  1. Cổng LPT của máy tính: Đây là cổng song song truyền thống trên máy tính, thường có 25 chân, được sử dụng để kết nối với các thiết bị ngoại vi như máy in. LPT cung cấp các đường tín hiệu dữ liệu (8 bit), tín hiệu điều khiển (cấp đi và cấp về) và tín hiệu trạng thái. Trong ứng dụng này, cổng LPT sẽ đóng vai trò là nguồn xuất dữ liệu hoặc tín hiệu điều khiển.

  2. Cách ly quang (Optical Isolation): Là kỹ thuật sử dụng các linh kiện quang điện (như optocoupler, photocoupler) để tách biệt hai phần mạch điện tử về mặt tín hiệu mà vẫn cho phép truyền tín hiệu. Mục đích chính là bảo vệ mạch phía máy tính (thường nhạy cảm và có giá trị cao) khỏi các xung nhiễu, quá áp, hoặc sai sót từ thiết bị bên ngoài (ở đây là 24 đầu vào).

  3. Module 24 đầu vào cách ly quang: Nghĩa là xây dựng một bảng mạch hoặc một khối chức năng có 24 kênh tín hiệu đầu vào độc lập. Mỗi kênh này sẽ nhận tín hiệu từ bên ngoài, và tín hiệu này sẽ được đưa qua mạch cách ly quang trước khi có thể được xử lý hoặc đưa tới máy tính qua cổng LPT.

  4. Ghép nối cổng LPT: Có hai cách hiểu chính: a. Máy tính xuất dữ liệu ra 24 đầu vào: Trường hợp này ít phổ biến vì LPT thường là cổng xuất (out) chứ không phải nhập (in) theo nghĩa thông thường của card thu thập dữ liệu. Tuy nhiên, ta có thể sử dụng các đường tín hiệu điều khiển và trạng thái của LPT để xuất ra 24 tín hiệu số. b. 24 đầu vào gửi tín hiệu về máy tính thông qua LPT: Đây là cách hiểu phổ biến hơn cho các ứng dụng đọc trạng thái từ bên ngoài vào máy tính. Các đường dữ liệu (D0-D7) của cổng LPT thường là hai chiều, có thể cấu hình để đọc dữ liệu từ bên ngoài. Các đường tín hiệu trạng thái (ACK, BUSY, PAPER END, etc.) cũng có thể được sử dụng để đọc tín hiệu.

Để xây dựng sơ đồ nguyên lý cho "24 đầu vào cách ly quang ghép nối cổng LPT của máy tính", ta cần giả định hướng truyền tín hiệu. Phổ biến nhất là 24 đầu vào này đọc trạng thái từ thế giới bên ngoài và gửi về máy tính. Nếu vậy, ta cần 24 kênh đọc tín hiệu, mỗi kênh có một đầu vào, một linh kiện cách ly quang và một đường đưa tín hiệu đã được cách ly vào một trong các đường của cổng LPT.

Các thành phần chính của sơ đồ:

  • 24 kênh đầu vào: Mỗi kênh nhận tín hiệu từ nguồn bên ngoài (ví dụ: nút nhấn, cảm biến). Đầu vào này cần có mạch định thiên (pull-up/pull-down) để đảm bảo tín hiệu rõ ràng khi không có tác động.
  • 24 bộ cách ly quang (Optocoupler): Mỗi optocoupler bao gồm một LED hồng ngoại (input side) và một transistor quang (output side). Tín hiệu đầu vào sẽ điều khiển LED, và ánh sáng từ LED sẽ kích hoạt transistor quang. Điều này tạo ra sự cách ly điện.
  • Nguồn cho LED của Optocoupler: Cần một điện trở hạn dòng cho LED để tránh cháy LED.
  • Mạch nhận tín hiệu đã cách ly: Tín hiệu ra từ transistor quang của optocoupler cần được xử lý để đưa vào các chân dữ liệu hoặc chân trạng thái của cổng LPT.
  • Cổng LPT: Sơ đồ cần minh họa cách các tín hiệu đã cách ly được kết nối với các chân cụ thể của cổng LPT (ví dụ: D0-D7, hoặc các chân trạng thái/điều khiển).

Ví dụ về một kênh đầu vào: Một nút nhấn nối với nguồn VCC hoặc GND. Đầu kia của nút nhấn nối với chân đầu vào của optocoupler qua một điện trở hạn dòng cho LED. Chân còn lại của LED optocoupler nối xuống GND (nếu nút nhấn nối với VCC) hoặc nối lên VCC (nếu nút nhấn nối với GND). Đầu ra của optocoupler (transistor quang) sẽ được nối với một đường tín hiệu của LPT, có thể cần điện trở kéo lên (pull-up resistor) nếu transistor quang là loại hở mạch (open collector/drain).

Do câu hỏi yêu cầu "vẽ sơ đồ nguyên lý" và không cung cấp các tùy chọn đáp án, đáp án đúng là một sơ đồ nguyên lý hợp lệ, mô tả được chức năng 24 đầu vào cách ly quang kết nối với LPT.

Vì không có các lựa chọn đáp án A, B, C, D để đánh giá, nên không thể xác định 'answer_iscorrect'. Tuy nhiên, nếu câu hỏi này nằm trong một bài kiểm tra có các lựa chọn, thì đáp án đúng phải là phương án chứa sơ đồ nguyên lý chính xác và đầy đủ như mô tả ở trên.

Danh sách câu hỏi:

Lời giải:

Câu hỏi yêu cầu xây dựng (vẽ sơ đồ nguyên lý) một module có 24 đầu vào cách ly quang để ghép nối với cổng LPT của máy tính. Để trả lời câu hỏi này, cần hiểu rõ về các khái niệm sau:

  1. Cổng LPT của máy tính: Đây là cổng song song truyền thống trên máy tính, thường có 25 chân, được sử dụng để kết nối với các thiết bị ngoại vi như máy in. LPT cung cấp các đường tín hiệu dữ liệu (8 bit), tín hiệu điều khiển (cấp đi và cấp về) và tín hiệu trạng thái. Trong ứng dụng này, cổng LPT sẽ đóng vai trò là nguồn xuất dữ liệu hoặc tín hiệu điều khiển.

  2. Cách ly quang (Optical Isolation): Là kỹ thuật sử dụng các linh kiện quang điện (như optocoupler, photocoupler) để tách biệt hai phần mạch điện tử về mặt tín hiệu mà vẫn cho phép truyền tín hiệu. Mục đích chính là bảo vệ mạch phía máy tính (thường nhạy cảm và có giá trị cao) khỏi các xung nhiễu, quá áp, hoặc sai sót từ thiết bị bên ngoài (ở đây là 24 đầu vào).

  3. Module 24 đầu vào cách ly quang: Nghĩa là xây dựng một bảng mạch hoặc một khối chức năng có 24 kênh tín hiệu đầu vào độc lập. Mỗi kênh này sẽ nhận tín hiệu từ bên ngoài, và tín hiệu này sẽ được đưa qua mạch cách ly quang trước khi có thể được xử lý hoặc đưa tới máy tính qua cổng LPT.

  4. Ghép nối cổng LPT: Có hai cách hiểu chính: a. Máy tính xuất dữ liệu ra 24 đầu vào: Trường hợp này ít phổ biến vì LPT thường là cổng xuất (out) chứ không phải nhập (in) theo nghĩa thông thường của card thu thập dữ liệu. Tuy nhiên, ta có thể sử dụng các đường tín hiệu điều khiển và trạng thái của LPT để xuất ra 24 tín hiệu số. b. 24 đầu vào gửi tín hiệu về máy tính thông qua LPT: Đây là cách hiểu phổ biến hơn cho các ứng dụng đọc trạng thái từ bên ngoài vào máy tính. Các đường dữ liệu (D0-D7) của cổng LPT thường là hai chiều, có thể cấu hình để đọc dữ liệu từ bên ngoài. Các đường tín hiệu trạng thái (ACK, BUSY, PAPER END, etc.) cũng có thể được sử dụng để đọc tín hiệu.

Để xây dựng sơ đồ nguyên lý cho "24 đầu vào cách ly quang ghép nối cổng LPT của máy tính", ta cần giả định hướng truyền tín hiệu. Phổ biến nhất là 24 đầu vào này đọc trạng thái từ thế giới bên ngoài và gửi về máy tính. Nếu vậy, ta cần 24 kênh đọc tín hiệu, mỗi kênh có một đầu vào, một linh kiện cách ly quang và một đường đưa tín hiệu đã được cách ly vào một trong các đường của cổng LPT.

Các thành phần chính của sơ đồ:

  • 24 kênh đầu vào: Mỗi kênh nhận tín hiệu từ nguồn bên ngoài (ví dụ: nút nhấn, cảm biến). Đầu vào này cần có mạch định thiên (pull-up/pull-down) để đảm bảo tín hiệu rõ ràng khi không có tác động.
  • 24 bộ cách ly quang (Optocoupler): Mỗi optocoupler bao gồm một LED hồng ngoại (input side) và một transistor quang (output side). Tín hiệu đầu vào sẽ điều khiển LED, và ánh sáng từ LED sẽ kích hoạt transistor quang. Điều này tạo ra sự cách ly điện.
  • Nguồn cho LED của Optocoupler: Cần một điện trở hạn dòng cho LED để tránh cháy LED.
  • Mạch nhận tín hiệu đã cách ly: Tín hiệu ra từ transistor quang của optocoupler cần được xử lý để đưa vào các chân dữ liệu hoặc chân trạng thái của cổng LPT.
  • Cổng LPT: Sơ đồ cần minh họa cách các tín hiệu đã cách ly được kết nối với các chân cụ thể của cổng LPT (ví dụ: D0-D7, hoặc các chân trạng thái/điều khiển).

Ví dụ về một kênh đầu vào: Một nút nhấn nối với nguồn VCC hoặc GND. Đầu kia của nút nhấn nối với chân đầu vào của optocoupler qua một điện trở hạn dòng cho LED. Chân còn lại của LED optocoupler nối xuống GND (nếu nút nhấn nối với VCC) hoặc nối lên VCC (nếu nút nhấn nối với GND). Đầu ra của optocoupler (transistor quang) sẽ được nối với một đường tín hiệu của LPT, có thể cần điện trở kéo lên (pull-up resistor) nếu transistor quang là loại hở mạch (open collector/drain).

Do câu hỏi yêu cầu "vẽ sơ đồ nguyên lý" và không cung cấp các tùy chọn đáp án, đáp án đúng là một sơ đồ nguyên lý hợp lệ, mô tả được chức năng 24 đầu vào cách ly quang kết nối với LPT.

Vì không có các lựa chọn đáp án A, B, C, D để đánh giá, nên không thể xác định 'answer_iscorrect'. Tuy nhiên, nếu câu hỏi này nằm trong một bài kiểm tra có các lựa chọn, thì đáp án đúng phải là phương án chứa sơ đồ nguyên lý chính xác và đầy đủ như mô tả ở trên.

Lời giải:

Câu hỏi này yêu cầu thực hiện hai phần chính liên quan đến việc thiết kế và lập trình một module giao tiếp với máy tính thông qua khe cắm ISA, sử dụng vi mạch 8255.

Phần a) Xây dựng module 2 đầu vào tương tự, 1 đầu ra tương tự ghép nối với khe cắm mở rộng ISA (sử dụng vi mạch 8255): Để giải quyết phần này, người học cần hiểu về kiến trúc khe cắm ISA, cách thức giao tiếp giữa các thiết bị ngoại vi với bus hệ thống. Đặc biệt, cần nắm vững cấu trúc và hoạt động của vi mạch 8255 (Programmable Peripheral Interface - PPI). Vi mạch 8255 có 3 cổng I/O (A, B, C) và 2 chế độ hoạt động chính (Chế độ 0 và Chế độ 1). Trong trường hợp này, ta cần thiết kế một module có:

  • 2 đầu vào tương tự: Cần sử dụng các bộ chuyển đổi tương tự - số (ADC) để chuyển đổi tín hiệu tương tự thành dạng số mà vi mạch 8255 có thể đọc được. Các chân của cổng I/O của 8255 sẽ được nối với đầu ra số của ADC. Cần lựa chọn các kênh ADC phù hợp và cách thức ghép nối với 8255 (ví dụ: sử dụng một cổng của 8255 để nhận dữ liệu từ ADC, và có thể dùng một phần của cổng còn lại hoặc các tín hiệu điều khiển để quản lý quá trình chuyển đổi của ADC).
  • 1 đầu ra tương tự: Cần sử dụng bộ chuyển đổi số - tương tự (DAC) để chuyển đổi tín hiệu số từ 8255 thành tín hiệu tương tự. Các chân của cổng I/O của 8255 sẽ được nối với đầu vào số của DAC. Cần lựa chọn DAC phù hợp và cách thức ghép nối với 8255.
  • Ghép nối với khe cắm ISA: Cần xác định địa chỉ logic (I/O address) của các thanh ghi 8255 trong không gian địa chỉ của khe cắm ISA. Sơ đồ nguyên lý sẽ thể hiện cách kết nối các chân địa chỉ, dữ liệu, và tín hiệu điều khiển của khe cắm ISA với các chân tương ứng của vi mạch 8255, cùng với việc tích hợp các mạch ADC và DAC.

Sơ đồ nguyên lý cần thể hiện rõ:

  • Vi mạch 8255.
  • Các bộ chuyển đổi ADC (cho 2 đầu vào tương tự).
  • Các bộ chuyển đổi DAC (cho 1 đầu ra tương tự).
  • Các kết nối với khe cắm ISA (địa chỉ, dữ liệu, điều khiển).
  • Cách đấu nối các tín hiệu tương tự và số.
  • Sơ đồ khối chức năng cho biết luồng tín hiệu.

Phần b) Viết chương trình điều khiển: Phần này yêu cầu viết mã lệnh để đọc dữ liệu từ 2 đầu vào tương tự, xử lý logic dựa trên mã số sinh viên và xuất tín hiệu điều khiển ra đầu ra tương tự.

  • Đọc 2 đầu vào tương tự: Chương trình cần khởi tạo vi mạch 8255 (thiết lập chế độ hoạt động, hướng của các cổng). Sau đó, tiến hành đọc dữ liệu số từ các kênh ADC thông qua các cổng I/O của 8255.
  • Xử lý logic: Dựa trên dữ liệu đọc được, chương trình tính toán trị tuyệt đối hiệu của hai đầu vào. Sau đó, so sánh giá trị này với hai số cuối của mã số sinh viên. Mã số sinh viên ở đây được giả định là một chuỗi ký tự hoặc số mà người dùng/hệ thống cung cấp.
  • Điều khiển đầu ra: Dựa vào kết quả so sánh, chương trình sẽ điều khiển DAC để xuất ra điện áp tương ứng. Nếu hiệu lớn hơn 2 số cuối mã sinh viên, điện áp đầu ra là 15V. Nếu nhỏ hơn hoặc bằng, điện áp đầu ra là 10V. Việc điều khiển này thông qua việc ghi giá trị số tương ứng với 15V và 10V vào cổng xuất của 8255, mà cổng này đã được nối với DAC.

Đoạn chương trình có thể viết bằng Assembly hoặc C/C++ (với các hàm truy cập phần cứng cấp thấp) tùy thuộc vào môi trường lập trình.

Vì câu hỏi không cung cấp đáp án cụ thể để đánh giá là đúng hay sai (do yêu cầu xây dựng sơ đồ và viết chương trình), nên không thể xác định 'answer_iscorrect'. Tuy nhiên, nếu câu hỏi là một phần của bài kiểm tra trắc nghiệm hoặc câu hỏi có sẵn các lựa chọn đáp án, thì việc đánh giá 'answer_iscorrect' sẽ dựa trên việc so sánh với đáp án đó.